视觉如何工作

经过:医学博士卡尔·比安科(Carl Bianco)

一位年轻女子敞开的蓝眼睛的特写镜头“width=
虽然尺寸很小,但眼睛是一个非常复杂的器官。劳伦斯·蒙纳特(Laurence Monneret) /盖蒂图像

主要功能的主要功能绝非偶然太阳太阳系的中心是提供光。光是驱动生命的原因。没有世界很难想象我们的世界和生活。

生物对光的感知几乎是普遍的。植物通过光合作用利用光生长。动物使用光来狩猎猎物或感知并逃脱掠食者。

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有人说,正是立体视野的发展,以及大脑大脑的发展以及使人体摆脱运动的发展,使人类能够发展到如此高的水平。在本文中,我们将讨论令人惊奇的内部工作人类的眼睛

基本解剖学

虽然尺寸很小,但眼睛是一个非常复杂的器官。眼睛高约1英寸(2.54厘米),深1英寸,高0.9英寸(2.3厘米)。

眼睛的最艰难,最外层称为巩膜。它保持。该层的六个前面是清晰的,称为角膜。全部当它进入眼睛时,必须首先通过角膜。附着在巩膜上的是肌肉那个动了眼睛,称为外部肌肉

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脉络膜(或卵子道)是眼睛的第二层。它含有向眼睛结构提供血液的血管。脉络膜的前部包含两个结构:

  • 睫状体- 睫状体是一个附着在镜头上的肌肉区域。它收缩并放松以控制镜头的大小以进行聚焦。
  • 虹膜- 虹膜是眼睛的彩色部分。虹膜的颜色取决于结缔组织和色素细胞的颜色。少量颜料使眼睛蓝色;更多的颜料使眼睛变褐色。虹膜是一个可调节的隔膜,周围是一个名为瞳孔

虹膜有两个肌肉:扩张器肌肉使虹膜较小,因此瞳孔更大,使眼睛更多的光。这括约肌肌肉使虹膜更大,并且瞳孔更小,从而减少了眼睛的光。瞳孔大小可以从2毫米变为8毫米。这意味着,通过改变学生的大小,眼睛可以将进入它的光量降低30次。

最内向的一层是视网膜- 眼睛的光感应部​​分。它包含杆细胞,这些负责弱光的视力,并且锥细胞,这是负责色觉和细节的原因。在眼睛的背面,在视网膜的中心是黄斑。在黄斑的中心是一个称为Fovea Centralis。该区域仅包含锥体,负责清楚地看到细节。

视网膜包含一种称为的化学物质动蛋白或“视觉紫色”。这是将光转化为大脑视力的电脉冲的化学物质。视网膜神经纤维在眼睛的背面收集并形成视神经,将电脉冲传递到大脑。视神经和血管退出视网膜的地方称为光盘。该区域是视网膜上的盲点,因为该位置没有杆或锥。但是,您不知道这个盲点,因为每个眼睛都覆盖了另一只眼睛的盲点。

当医生通过眼镜镜看着眼睛的后背时,这就是视图:

在眼球内部有两个充满流体的部分,由镜头分开。较大的背面包含一种清晰的凝胶状材料,称为玻璃体。较小的前部包含一种透明的水性材料称为水性幽默。水性幽默分为两个部分,称为前室(在虹膜前)和后室(虹膜后面)。幽默是在睫状体中产生的,并通过Schlemm的运河。当这种排水被阻塞时,一种称为青光眼可以结果。

镜头是直径约10毫米(0.4英寸)的清晰,双凸结构。镜头会改变形状,因为它附着在睫状体中的肌肉上。镜头用于微调视觉。

覆盖眼睑和巩膜的内表面是一种粘膜结膜,这有助于保持眼睛湿润。该区域的感染称为结膜炎(也称为粉红色眼)。

眼睛的独特之处在于它能够向许多方向移动以最大化视野,但受到称为骨腔的伤害轨道腔。眼睛嵌入脂肪中,可提供一些缓冲。眼睑通过眨眼来保护眼睛。这也通过在眼睛上散开眼泪来保持眼睛的表面湿润。睫毛和眉毛可以保护眼睛免受可能伤害其颗粒的颗粒。

眼泪在泪腺,它们位于每只眼睛的外部段上方。眼泪最终将眼睛的内角,泪囊,然后穿过鼻管进入鼻子。这就是为什么当你哭泣时鼻子流淌的原因。

巩膜上有六个肌肉控制眼睛的运动。他们在这里显示:

主要肌肉和功能:

  • 内侧直肠:向鼻子移动
  • 外侧直肠:从鼻子上移开眼睛
  • 高级直肠:抬起眼睛
  • 下直肠:降低眼睛
  • 上倾斜的眼睛
  • 下倾斜的眼睛

在下一部分中,您将了解眼睛如何感知光。

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感知光

当光进入眼睛时,它首先穿过角膜,然后是水性幽默,镜头和玻璃体幽默。最终它到达视网膜,这是眼睛的光感应结构。视网膜包含两种类型的细胞,称为棒和锥。在弱光中处理视觉,并处理彩色视觉和细节。当光接触这两种类型的细胞时,会发生一系列复杂的化学反应。形成的化学物质(活化的视紫红质)在视神经中产生电脉冲。通常,杆的外部片段长而薄,而圆锥的外部则更良好,锥形。以下是杆和锥体的一个例子:

杆或锥的外部段包含光敏的化学物质。在杆中,该化学物质称为动蛋白;在锥体中,这些化学物质称为彩色颜料。视网膜包含1亿杆和700万个圆锥。视网膜衬有黑色颜料称为黑色素- 就像一个内部相机是黑色的 - 减少反射量。视网膜有一个中央区域,称为黄斑,其中只有高浓度的圆锥体。该区域负责敏锐,详细的视野。

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当光进入眼睛时,它与光敏的化学视紫红蛋白接触(也称为视觉紫色)。视紫红质是一种称为蛋白质的混合物scotopsin11盘视网膜- 后者是从维生素A。(这就是为什么缺乏维生素A会引起视力问题的原因)。视紫红质在暴露于光线时分解,因为光导致若云蛋白的11 cis-视网膜部分的物理变化,将其更改为全元视网膜。第一反应只需要几分之一的一秒钟。11- cis-视网膜是角度分子,而全反式视网膜是直的分子。这使化学不稳定。视紫红质分解成几种中间化合物,但最终(不到一秒钟)形式metarhodopsin II(激活的视紫红质)。该化学物质引起的电脉冲传播到并被解释为。这是我们刚刚讨论的化学反应的图:

活化的视紫红质通过以下方式引起电脉冲:

  1. 杆电池的细胞膜(外层)具有电荷。当光激活视紫红质时,它会导致循环GMP的减少,从而导致这种电荷增加。这会沿细胞产生电流。当检测到更多的光时,会激活更多的视紫红质并产生更多的电流。
  2. 这种电脉冲最终到达神经节细胞,然后到达视神经。
  3. 神经到达视神经鸿沟,那里的神经纤维从每个视网膜的内部到大脑的另一侧,但是视网膜外部的神经纤维停留在大脑的同一侧。
  4. 这些纤维最终到达大脑的后部(枕叶)。这是解释视觉的地方,被称为主要视觉皮层。一些视觉纤维转到大脑的其他部分,以帮助控制眼睛运动,学生和虹膜的反应以及行为。

最终,需要对视紫红质进行重新形成,以便该过程可以复发。全反式视网膜被转换为11 cis-视网膜,然后与苏氨替蛋白重组以形成视紫红质,以在暴露于光线时再次开始该过程。

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彩色视觉

锥体中的颜色响应化学物质称为锥颜料并且与杆中的化学物质非常相似。该化学物质的视网膜部分相同,但是Scotopsin被光蛋白代替。因此,颜色响应的色素由视网膜和光蛋白制成。有三种色素敏感的色素:

  • 红色敏感色素
  • 绿色敏感色素
  • 蓝色敏感色素

每个锥细胞都有其中一种颜料,因此对该颜色很敏感。当混合红色,绿色和蓝色时,人眼几乎可以感觉到颜色的任何渐变。

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在上图中,显示了三种类型的锥体(红色,绿色和蓝色)的波长。这峰吸收蓝色敏感的色素为445纳米,对于绿色敏感色素为535纳米,对于红色敏感色素,它是570纳米。

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色盲

色盲是无法区分不同颜色的。最常见的类型是红绿色的色盲。这发生在8%的男性和0.4%的女性中。当红色或绿色的锥体不存在或不正常运行时,就会发生这种情况。有这个问题的人并不完全看不到红色或绿色,而是经常混淆两种颜色。

这是个遗传疾病并且由于色觉的能力位于X染色体。(女性有两个X染色体,因此遗传至少一个具有正常色觉的X的概率很高;男性只有一个X染色体可以使用。点击这里有关染色体的更多信息。)。无法看到任何颜色,或者仅在不同的灰色阴影中看到的颜色非常罕见。

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有关色盲的更多信息,点击这里

维生素A缺乏

当存在严重的维生素A缺乏时,夜盲症发生。

维生素A是必要的视网膜,这是视紫红质分子的一部分。当由于维生素A缺乏而导致光敏分子的水平较低时,晚上可能没有足够的光来允许视力。在白天,尽管视网膜水平较低,但仍有足够的光刺激来产生视力。

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折射

当光线到达不同材料的角度表面时,它会导致光线弯曲。这就是所谓的折射。当光到达凸透镜时,光线朝中心弯曲:

当灯光到达凹形镜头时,光线从中心弯曲:

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眼睛具有多个角度表面,导致光弯曲。这些都是:

  • 空气和角膜正面之间的界面
  • 角膜背面与水性幽默之间的界面
  • 水性幽默与镜头前部之间的界面
  • 镜头背面与玻璃体幽默之间的界面

当一切正常工作时,光线通过这四个接口使其能够完美地进入视网膜。

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正常视力

视觉或视敏度通过阅读20英尺距离的Snellen眼图来测试。通过看很多人,眼科医生决定了一个“正常”的人在距眼图20英尺时应该能够看到什么。如果您有20/20的视觉,则意味着,当您距图表20英尺远时,您可以看到“正常”的人可以看到的东西。(在度量标准中,标准为6米,称为6/6视觉)。换句话说,如果您有20/20的视觉,您的视野是“正常的” - 大多数人群可以看到20英尺时看到的东西。

如果您有20/40的视觉,则意味着,当您距离图表20英尺远时,只能看到正常人在距图表40英尺处时能看到什么。也就是说,如果有一个“正常”的人距图表40英尺,而您距图表仅20英尺,那么您和普通人可以看到相同的细节。20/100意味着,当您距图表20英尺时,您只能看到一个正常人站在100英尺外的地方。20/200是美国法律失明的截止。

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您还可以拥有比规范更好的愿景。具有20/10视觉的人可以看到一个普通人在距图表10英尺远的地方可以看到的东西。

鹰,猫头鹰和其他猛禽比人类具有更多的敏锐视力。鹰的眼睛比人小得多,但在该空间中包含很多传感器(锥体)。这给出了鹰视力,其敏锐度是人类的八倍。鹰可能有20/2的视觉!

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折射错误

通常,您的眼睛可以将图像精确地集中在视网膜上:

当聚焦不是完美时,就会近视和远视。

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什么时候近视((近视存在),一个人能够很好地看到对象,并且很难看到遥远的物体。光线聚焦在视网膜前。这是由于眼球太长而引起的,或者是一个镜头系统,其功能太多了。通过凹透镜。如下所示,该镜头在到达眼睛之前会导致光线略有不同:

什么时候远视((远视存在),一个人能够很好地看到遥远的物体,并且很难看到附近的物体。轻射线聚焦在视网膜后面。这是由于眼球太短而引起的,或者是由于镜头系统的聚焦力太少而引起的。这是通过凸透镜,如下所示:

屈光视觉问题如何工作矫正镜头的工作方式有关详细信息。

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散光

散光是角膜的不平衡曲率,并导致视力失真。为了纠正这一点,镜头的形状是为了纠正不平衡。

为什么视觉随着年龄的增长而恶化?

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随着年龄的增长,镜头变成弹性较低。它失去了改变形状的能力。这就是所谓的长老会当我们试图看到封闭的东西时,更明显,因为睫状体必须收缩才能使晶状体更厚。弹性的丧失会阻止镜头变得更厚。结果,我们失去了专注于近距对象的能力。

起初,人们开始将事物放在更远的地方,以便看到他们的焦点。当我们到达四十多岁时,这通常会变得明显。最终,镜头无法移动,并或多或少地在固定距离(每个人的不同)中变为永久集中。

为了纠正这一点,双焦点是必要的。双焦点是较低视力(阅读)和远距离视觉的上部镜头的组合。

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深度感知

眼睛使用三种方法来确定距离:

  • 您的视网膜上已知物体具有的大小- 如果您了解以前经验的物体大小,那么您的大脑可以根据视网膜上对象的大小来评估距离。
  • 移动视差- 当您从侧面移动到另一侧时,靠近您的物体在视网膜上迅速移动。但是,遥远的物体移动很少。这样,您的大脑可以大致分辨出距离您有多远。
  • 立体声视觉- 每只眼睛在视网膜上都会收到一个物体的不同图像,因为每只眼睛相距约2英寸。当物体靠近您的眼睛时,尤其如此。当物体遥远时,这是不太有用的,因为视网膜上的图像离您的眼睛越远。

失明

法律失明通常定义为视力小于20/200带有矫正镜头。既然您已经学会了眼睛的一些解剖结构及其功能,那么了解以下条件如何导致失明变得更加容易:

  • 白内障 - 这是镜头中的浑浊,可阻挡光线到达视网膜。随着年龄的增长,它变得越来越普遍,但是婴儿可以出生白内障。随着恶化的状态,它可能需要手术以去除镜头并放置眼内镜头。
  • 青光眼 - 如果水幽默不能正确排出,则压力会累积在眼睛中。这会导致眼睛背面的细胞和神经纤维死亡。这可以通过药物和手术治疗。
  • 糖尿病性视网膜病变- 与人糖尿病可以使血管阻塞,血管泄漏和疤痕,从而导致失明。这可以通过激光手术治疗。
  • 黄斑变性- 在某些人中,由于未知原因,黄斑(在视力中心负责细节)可能随着年龄的增长而恶化。这会导致中央视力的丧失。有时可以通过激光手术来帮助。
  • 创伤- 直接创伤或化学损伤会对眼睛造成足够的伤害,以防止足够的视力。
  • 色素性视网膜炎- 这是一种遗传性疾病,会导致视网膜变性和多余的色素。它首先引起夜间失明,然后引起隧道视觉,这通常逐渐发展为完全失明。没有已知的治疗方法。
  • 沙眼- 这是由一种称为衣原体沙眼的生物引起的感染。这是全球失明的普遍原因,但在美国很少见。可以对待抗生素

还有许多其他失明原因,例如维生素A缺乏症,肿瘤,中风,神经系统疾病,其他感染,遗传性疾病和毒素。

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关于作者

医学博士卡尔·比安科(Carl Bianco)是马里兰州剑桥市多切斯特综合医院的急诊医师。Bianco博士就读于乔治敦大学医学院的医学院,并获得了乔治敦大学的本科学位,并获得了护理和预科医学专业。他在俄亥俄州阿克伦的阿克伦市医院完成了急诊医学的实习和居住地。

Bianco博士和他的妻子和两个孩子一起住在巴尔的摩附近。

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