Hvordan Vision fungerer

Selv om det er lite i størrelse, er øyet et veldig sammensatt organ. flashfilm / Getty Images

Det er ikke tilfeldig at hovedfunksjonen til solen i sentrum av solsystemet vårt er å skaffe lys. Lys er det som driver livet. Det er vanskelig å forestille seg vår verden og livet uten den.

Følelsen av lys ved levende ting er nesten universell. Planter bruker lys gjennom fotosyntesen for å vokse. Dyr bruker lys for å jakte byttet sitt eller for å sanse og flykte fra rovdyr.

-Noen sier at det er utviklingen av stereoskopisk syn, sammen med utviklingen av den store menneskelige hjernen og frigjøring av hender fra bevegelse, som har tillatt mennesker å utvikle seg til et så høyt nivå. I denne artikkelen skal vi diskutere det fantastiske indre virkning av det menneskelige øyet!

innhold

1. Grunnleggende anatomi
2. Å se på lyset
3. Fargesyn
4. Fargeblindhet
5. A-vitaminmangel
6. refraksjon
7. Normalt syn
8. Feil i refraksjon
9. Astigmatisme
10. Dybdesyn
11. Blindhet

Selv om det er lite i størrelse, er øyet et veldig sammensatt organ. Øyet er omtrent 1 tomme (2,54 cm) bredt, 1 tomme dypt og 0,9 tommer (2,3 cm) høyt.

Det tøffe, ytterste laget av øyet kalles sclera. Det opprettholder formen på øyet. Den sjette foran av dette laget er klart og kalles hornhinnen. Alt lys må først passere gjennom hornhinnen når det kommer inn i øyet. Musklene som beveger øyet, som kalles ekstraokulære muskler.

De årehinnen (eller uveal tract) er det andre laget av øyet. Den inneholder blodkarene som forsyner blod til øyets strukturer. Den fremre delen av koroid inneholder to strukturer:

• De ciliary body - Den ciliære kroppen er et muskulært område som er festet til linsen. Den trekker seg sammen og slapper av for å kontrollere størrelsen på linsen for fokusering.
• De iris - Iris er den fargede delen av øyet. Irisens farge bestemmes av fargen på bindevevet og pigmentcellene. Mindre pigment gjør øynene blå; mer pigment gjør øynene brune. Iris er en justerbar membran rundt en åpning som kalles elev.

Iris har to muskler: dilator muskel gjør iris mindre og derfor blir eleven større, slik at mer lys kommer inn i øyet; de sphincter muskel gjør iris større og eleven blir mindre, slik at mindre lys kommer inn i øyet. Elevstørrelse kan endre seg fra 2 millimeter til 8 millimeter. Dette betyr at ved å endre størrelsen på eleven, kan øyet endre mengden lys som kommer inn i det med 30 ganger.

Det innerste laget er retina -- den lysfølende delen av øyet. Det inneholder stavceller, som er ansvarlige for synet i lite lys, og kjegle celler, som er ansvarlige for fargesyn og detaljer. På baksiden av øyet, i midten av netthinnen, er den makula. I midten av makulaen er et område som kalles fovea centralis. Dette området inneholder kun kjegler og er ansvarlig for å se fine detaljer tydelig.

Netthinnen inneholder et kjemikalie som heter rhodopsin, eller "visuell lilla." Dette er kjemikaliet som konverterer lys til elektriske impulser som hjernen tolker som syn. Netthinnefibrene i netthinnen samles på baksiden av øyet og danner synsnerven, som leder de elektriske impulsene til hjernen. Stedet der synsnerven og blodkar forlater netthinnen kalles optisk disk. Dette området er en blind flekk på netthinnen fordi det ikke er stenger eller kjegler på det stedet. Du er imidlertid ikke klar over denne blinde flekken fordi hvert øye dekker for blinde flekken for det andre øyet.

Når en lege ser på baksiden av øyet ditt gjennom et oftalmoskop, er dette utsikten:

Inne i øyeeplet er det to væskefylte seksjoner atskilt med linsen. Den større, bakre delen inneholder et klart, gel-lignende materiale som heter abstrakt humor. Den mindre foran delen inneholder et klart, vannaktig materiale som heter vandig humor. Den vandige humoren er delt inn i to seksjoner kalt det fremre kammeret (foran iris) og det bakre kammeret (bak iris). Den vandige humoren produseres i ciliary kroppen og tappes gjennom Schlemm-kanalen. Når denne dreneringen er blokkert, heter det en sykdom glaukom kan resultere.

De linse er en klar, bi-konveks struktur med en diameter på omtrent 10 mm. Linsen skifter form fordi den er festet til muskler i ciliary kroppen. Objektivet brukes til å finjustere synet.

Å dekke den indre overflaten av øyelokkene og sklera er en slimhinne som kalles conjunctiva, noe som hjelper med å holde øyet fuktig. En infeksjon i dette området kalles konjunktivitt (også kalt rosa øye).

Øyet er unikt ved at det er i stand til å bevege seg i mange retninger for å maksimere synsfeltet, men er likevel beskyttet mot skade av et benete hulrom kalt banehulen. Øyet er innebygd i fett, noe som gir litt demping. Øyelokkene beskytter øyet ved å blinke. Dette holder også overflaten på øyet fuktig ved å spre tårer over øynene. Øyevipper og øyenbryn beskytter øyet mot partikler som kan skade det.

Tårene produseres i lacrimal kjertler, som er plassert over det ytre segmentet av hvert øye. Tårene drenerer til slutt inn i det indre hjørnet av øyet, i lacrimal sac, deretter gjennom nesekanalen og inn i nesen. Det er grunnen til at nesen din løper når du gråter.

Det er seks muskler festet til sklera som kontrollerer bevegelsene i øyet. De vises her:

Primære muskler og funksjoner:

• Medial rectus: beveger øye mot nesen
• Lateral rektus: beveger øyet vekk fra nesen
• Overlegen rektus: løfter blikket
• Inferior rectus: senker øyet
• Overlegen skrått roterer øye
• Underlegen skrått roterer øye

I neste avsnitt lærer du hvordan øyet oppfatter lys.

Når lys kommer inn i øyet, passerer det først gjennom hornhinnen, deretter den vandige humoren, linsen og glasslegemet. Til slutt når den retina, som er den lysfølende strukturen i øyet. Netthinnen inneholder to typer celler, kalt stenger og kjegler. stenger håndtere syn i lite lys, og kjegler håndtere fargesyn og detaljer. Når lys kommer i kontakt med disse to cellene, oppstår det en serie komplekse kjemiske reaksjoner. Kjemikaliet som dannes (aktivert rhodopsin) skaper elektriske impulser i synsnerven. Generelt er det ytre segmentet av stenger langt og tynt, mens det ytre segmentet av kjegler er mer, vel, kjegleformet. Nedenfor er et eksempel på en stang og en kjegle:

Det ytre segmentet av en stang eller en kjegle inneholder de lysfølsomme kjemikaliene. I stenger kalles dette kjemikaliet rhodopsin; i kjegler kalles disse kjemikaliene fargepigmenter. Netthinnen inneholder 100 millioner stenger og 7 millioner kjegler. Netthinnen er foret med svart pigment som heter melanin -- akkurat som innsiden av et kamera er svart - for å minske refleksjonen. Netthinnen har et sentralt område, kalt makula, som inneholder en høy konsentrasjon av bare kjegler. Dette området er ansvarlig for skarp, detaljert visjon.

Når lys kommer inn i øyet, kommer det i kontakt med den lysfølsomme kjemiske rhodopsin (også kalt visuell lilla). Rhodopsin er en blanding av et protein som heter scotopsin og 11-cis-retinal -- sistnevnte er avledet av vitamin A (som er grunnen til at mangel på vitamin A forårsaker synsproblemer). Rhodopsin brytes ned når det blir utsatt for lys fordi lys forårsaker en fysisk endring i den 11-cis-retinal delen av rhodopsin, og endrer den til all-trans netthinne. Denne første reaksjonen tar bare noen få billioner sekund. 11-cis-retinal er et vinklet molekyl, mens all-trans retinal er et rett molekyl. Dette gjør kjemikaliet ustabilt. Rhodopsin brytes ned i flere mellomliggende forbindelser, men til slutt (på mindre enn et sekund) metarhodopsin II (aktivert rhodopsin). Dette kjemikaliet forårsaker elektriske impulser som overføres til hjernen og tolkes som lys. Her er et diagram over den kjemiske reaksjonen vi nettopp diskuterte:

Aktivert rhodopsin forårsaker elektriske impulser på følgende måte:

1. Cellemembranen (ytre laget) til en stavcelle har en elektrisk ladning. Når lys aktiverer rhodopsin, fører det til en reduksjon i syklisk GMP, noe som får denne elektriske ladningen til å øke. Dette produserer en elektrisk strøm langs cellen. Når mer lys blir oppdaget, aktiveres mer rhodopsin og mer elektrisk strøm produseres.
2. Denne elektriske impulsen når etter hvert en ganglioncelle, og deretter synsnerven.
3. Nervene når den optiske avgrensningen, der nervefibrene fra den indre halvdelen av hvert netthinne krysser til den andre siden av hjernen, men nervefibrene fra den ytre halvdelen av netthinnen holder seg på samme side av hjernen.
4. Disse fibrene når etter hvert baksiden av hjernen (occipital lobe). Det er her syn blir tolket og kalles primær visuell cortex. Noen av synsfibrene går til andre deler av hjernen for å hjelpe til med å kontrollere øyebevegelser, respons fra elevene og iris, og atferd.

Etter hvert må rhodopsin formes på nytt slik at prosessen kan komme tilbake. All-trans retinal blir konvertert til 11-cis-retinal, som deretter rekombinerer med scotopsin for å danne rhodopsin for å starte prosessen igjen når den blir utsatt for lys.

De fargerike kjemikaliene i kjeglene kalles kjeglepigmenter og ligner veldig på kjemikaliene i stengene. Retinaldelen av kjemikaliet er den samme, men scotopsin er erstattet med fotopsiner. Derfor er de fargesponsive pigmentene laget av retinal og fotopsiner. Det er tre typer fargesensitive pigmenter:

• Rødfølsomt pigment
• Grønsensitivt pigment
• Blåfølsomt pigment

Hver kjeglecelle har ett av disse pigmentene, slik at den er følsom for den fargen. Det menneskelige øyet kan føle nesten hvilken som helst graduering av farger når rødt, grønt og blått er blandet.

I diagrammet over er bølgelengdene til de tre typene kjegler (rød, grønn og blå) vist. De topp absorbans av blåfølsomt pigment er 445 nanometer, for grønsensitivt pigment er det 535 nanometer, og for rødfølsomt pigment er det 570 nanometer.

Fargeblindhet er manglende evne til å skille mellom forskjellige farger. Den vanligste typen er rødgrønn fargeblindhet. Dette forekommer hos 8 prosent av mennene og 0,4 prosent av kvinnene. Det oppstår når enten de røde eller grønne kjeglene ikke er til stede eller ikke fungerer som de skal. Personer med dette problemet er ikke helt ute av stand til å se rødt eller grønt, men forvirrer ofte de to fargene.

Dette er en arvelig lidelse og påvirker menn oftere siden kapasiteten for fargesyn er lokalisert på X-kromosom. (Kvinner har to X-kromosomer, så sannsynligheten for å arve minst ett X med normalt fargesyn er høy; menn har bare ett X-kromosom å jobbe med. Klikk her for mer om kromosomer.). Manglende evne til å se farger, eller bare se i forskjellige gråtoner, er veldig sjelden.

For mer om fargeblindhet, klikk her.

Når alvorlig vitamin A-mangel er til stede, da Nattblindhet inntreffer.

A-vitamin er nødvendig for å danne retinal, som er en del av rhodopsin-molekylet. Når nivåene av lysfølsomme molekyler er lave på grunn av vitamin A-mangel, kan det hende det ikke er nok lys om natten for å tillate syn. I løpet av dagslyset er det nok lysstimulering til å produsere syn til tross for lave nivåer av netthinnen.

Når lysstråler når en vinklet overflate av et annet materiale, får det lysstrålene til å bøye seg. Dette kalles refraksjon. Når lys når en konveks linse, bøyer lysstrålene seg mot midten:

Når lysstråler når en konkav linse, bøyer lysstrålene seg bort fra sentrum:

Øyet har flere vinklede overflater som får lys til å bøye seg. Disse er:

• Grensesnittet mellom luften og fronten av hornhinnen
• Grensesnittet mellom baksiden av hornhinnen og den vandige humoren
• Grensesnittet mellom den vandige humoren og fronten på linsen
• Grensesnittet mellom linsens bakside og glasslegemet

Når alt fungerer riktig, gjør lys det gjennom disse fire grensesnittene og kommer frem til netthinnen i perfekt fokus.

Visjon eller synsskarphet testes ved å lese et Snellen øyekart i en avstand på 20 fot. Ved å se på mange mennesker, har øyeleger bestemt seg for hva et "normalt" menneske skal kunne se når han står 20 meter fra et øyekart. Hvis du har 20/20 syn, betyr det at når du står 20 meter unna diagrammet kan du se hva et "normalt" menneske kan se. (I metrisk er standarden 6 meter og den kalles 6/6 vision). Med andre ord, hvis du har 20/20 syn er visjonen din "normal" - et flertall av befolkningen kan se hva du kan se på 20 fot.

Hvis du har 20/40 syn, betyr det at når du står 20 meter unna diagrammet, kan du bare se hva et normalt menneske kan se når du står 40 meter fra diagrammet. Det vil si at hvis det er en "normal" person som ligger 40 meter unna diagrammet, og du står bare 20 meter unna diagrammet, kan du og den normale personen se den samme detalj. 20/100 betyr at når du står 20 meter fra diagrammet, kan du bare se hva en normal person som står 100 meter unna kan se. 20/200 er avskjæringen for juridisk blindhet i USA.

Du kan også ha en visjon som er bedre enn normen. En person med 20/10 syn kan se på 20 fot hva en normal person kan se når han står 10 meter unna diagrammet.

Håkjer, ugler og andre rovfugler har mye mer akutt syn enn mennesker. En hauk har et mye mindre øye enn et menneske, men har mange sensorer (kjegler) pakket inn i det rommet. Dette gir en haukvisjon som er åtte ganger mer akutt enn et menneskes. En hauk kan ha 20/2 syn!

Normalt kan øyet ditt fokusere et bilde nøyaktig på netthinnen:

Nærsynthet og langsynthet oppstår når fokuseringen ikke er perfekt.

Når nærsynthet (nærsynthet) er til stede, en person kan se nær objekter godt og har vanskeligheter med å se objekter som er langt borte. Lysstråler blir fokusert foran netthinnen. Dette er forårsaket av en øyeeple som er for lang, eller et linsesystem som har for mye kraft til å fokusere. Nedsynthet korrigeres med a konkav linse. Denne linsen får lyset til å avvike litt før det når øyet, som vi ser her:

Når langsynthet (hypermetropi) er til stede, en person er i stand til å se fjerne objekter godt og har vanskeligheter med å se objekter som er i nærheten. Lysstråler blir fokusert bak netthinnen. Dette er forårsaket av en øyeeple som er for kort, eller av et linsesystem som har for lite fokuseringskraft. Dette korrigeres med a konveks linse, som sett her:

Se hvordan refraktive synsproblemer fungerer og hvordan korrigerende linser fungerer for detaljer.

Astigmatisme er en ujevn krumning av hornhinnen og forårsaker en forvrengning i synet. For å rette opp i dette, er en linse formet for å korrigere ujevnheten.

Hvorfor forverres synet når vi eldes?

Når vi blir eldre, blir linsen mindre elastisk. Den mister evnen til å endre form. Dette kalles presbyopi og blir mer merkbar når vi prøver å se ting som ligger på nært hold, fordi ciliary kroppen må trekke seg sammen for å gjøre linsen tykkere. Tapet av elastisitet forhindrer at linsen blir tykkere. Som et resultat mister vi muligheten til å fokusere på nære objekter.

Til å begynne med begynner folk å holde ting lenger borte for å se dem i fokus. Dette blir vanligvis merkbar når vi når midten av førtiårene. Etter hvert kan linsen ikke bevege seg og blir mer eller mindre permanent fokusert på en fast avstand (som er forskjellig for hver person).

For å rette opp i dette, bifokale Er pålagt. Bifocals er en kombinasjon av et nedre objektiv for nærsyn (lesing) og et øvre objektiv for avstandsvisjon.

Øyet bruker tre metoder for å bestemme avstand:

• Størrelsen et kjent objekt har på netthinnen din - Hvis du har kunnskap om størrelsen på et objekt fra tidligere erfaring, kan hjernen din måle avstanden basert på størrelsen på objektet på netthinnen.
• Flytting av parallaks - Når du beveger hodet fra side til side, beveger gjenstander som er i nærheten av deg raskt over netthinnen. Gjenstander som er langt borte, beveger seg imidlertid veldig lite. På denne måten kan hjernen din fortelle omtrent hvor langt noe er fra deg.
• Stereosyn - Hvert øye får et annet bilde av et objekt på netthinnen fordi hvert øye er omtrent 2 inches fra hverandre. Dette gjelder spesielt når et objekt er nær øynene dine. Dette er mindre nyttig når gjenstander er langt borte fordi bildene på netthinnen blir mer identiske jo lenger de kommer fra øynene dine.

Juridisk blindhet er vanligvis definert som synsskarphet mindre enn 20/200 med korrigerende linser. Nå som du har lært litt anatomi i øyet og hvordan det fungerer, blir det lettere å forstå hvordan følgende forhold kan føre til blindhet:

• Katarakt - Dette er en uklarhet i linsen som blokkerer lys fra å nå netthinnen. Det blir mer vanlig når vi eldes, men babyer kan fødes med en grå stær. Når det forverres, kan det kreve kirurgi for å fjerne linsen og plassere en intraokulær linse.
• Glaukom - Hvis den vandige humoren ikke renner ut på riktig måte, bygger det seg trykk opp i øyet. Dette fører til at cellene og nervefibrene på baksiden av øyet dør. Dette kan behandles med medisiner og kirurgi.
• Diabetisk retinopati - Personer med diabetes kan få blokkering av blodkar, lekkasje av blodkar og arrdannelse som kan føre til blindhet. Dette kan behandles med laseroperasjon.
• Makulær degenerasjon - Hos noen personer kan makulaen (som er ansvarlig for fine detaljer i sentrum av synet) forverres med alderen av ukjente årsaker. Dette forårsaker tap av sentralt syn. Dette kan noen ganger hjelpe med laseroperasjoner.
• Traume - Direkte traumer eller kjemiske skader kan forårsake nok skade på øynene for å forhindre tilstrekkelig syn.
• Retinitis pigmentosa - Dette er en arvelig sykdom som forårsaker en degenerasjon av netthinnen og overflødig pigment. Det forårsaker først nattblindhet og deretter tunnelsyn, som ofte gradvis går videre til total blindhet. Det er ingen kjent behandling.
• trachoma - Dette er en infeksjon forårsaket av en organisme som kalles Chlamydia trachomatis. Det er en vanlig årsak til blindhet over hele verden, men er sjelden i USA. Det kan behandles med antibiotika.

Det er mange andre årsaker til blindhet, som vitamin A-mangel, svulster, hjerneslag, nevrologiske sykdommer, andre infeksjoner, arvelige sykdommer og giftstoffer. For mer informasjon, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

• Hvordan refraktive synsproblemer fungerer
• Hvordan korrigerende linser fungerer
• Hvordan fargeblindhet fungerer
• Hvorfor har folk røde øyne i noen flash-fotografier?
• Hvorfor tar det øynene mine flere minutter å bli vant til mørket?
• Vil lese i lite lys vondt i øynene mine?
• Hvordan førerhunder fungerer

Flere gode lenker!

• Eye Resources på Internett
• National Institutes of Health: National Eye Institute
• Gallery of Illusions
• UC Davis: Neurological Eye Simulator

om forfatteren

Carl Bianco, M.D., er en akuttlege som praktiserer ved Dorchester General Hospital i Cambridge, Maryland. Dr. Bianco gikk på medisinsk skole ved Georgetown University School of Medicine og fikk sin lavere grad fra Georgetown University med hovedfag i sykepleie og pre-med. Han fullførte praksisplass og bosted i akuttmedisin ved Akron City Hospital i Akron, Ohio.

Dr. Bianco bor i nærheten av Baltimore med sin kone og to barn.