Cum funcționează viziunea

Deși are dimensiuni mici, ochiul este un organ foarte complex. flashfilm / Getty Images

Nu este întâmplător că funcția principală a soarelui din centrul sistemului nostru solar este de a oferi lumină. Lumina este ceea ce conduce viața. Este greu să ne imaginăm lumea și viața noastră fără ea.

Simțirea luminii prin ființe vii este aproape universală. Plantele folosesc lumina prin fotosinteză pentru a crește. Animalele folosesc lumina pentru a vâna prada sau pentru a simți și a scăpa de prădători.

-Unii spun că este vorba despre dezvoltarea viziunii stereoscopice, împreună cu dezvoltarea creierului uman mare și eliberarea mâinilor din locomoție, care au permis oamenilor să evolueze la un nivel atât de înalt. În acest articol, vom discuta despre uimitorul lucrări interioare ale ochiului uman!

cuprins

1. Anatomie de bază
2. Perceperea luminii
3. Viziune de culoare
4. Orbirea culorilor
5. Deficiență de vitamina A
6. Refracţie
7. Viziune normală
8. Erori de refracție
9. astigmatismul
10. Percepție adâncă
11. Orbire

Deși are dimensiuni mici, ochiul este un organ foarte complex. Ochiul are aproximativ 1 inch (2,54 cm) lățime, 1 inch adâncime și 0,9 inci (2,3 cm) înălțime.

Stratul dur, cel mai exterior al ochiului este numit sclerotică. Mentine forma ochiului. A șasea parte din față a acestui strat este clară și se numește cornee. Toată lumina trebuie să treacă mai întâi prin cornee atunci când intră în ochi. Atașați sclera sunt mușchii care mișcă ochiul, numiți mușchii extraoculari.

coroida (sau tractul uveal) este al doilea strat al ochiului. Conține vasele de sânge care furnizează sânge structurilor ochiului. Partea frontală a coroidului conține două structuri:

• corp ciliar - Corpul ciliar este o zonă musculară care este atașată de lentilă. Se contractă și se relaxează pentru a controla dimensiunea obiectivului pentru focalizare.
• iris - Irisul este partea colorată a ochiului. Culoarea irisului este determinată de culoarea țesutului conjunctiv și a celulelor pigmentare. Mai puțin pigment face ochii albaștri; mai mult pigment face ochii caprui. Irisul este o diafragmă reglabilă în jurul unei deschideri numite elev.

Irisul are doi mușchi: dilatator mușchiul face irisul mai mic și, prin urmare, pupila mai mare, permițând mai multă lumină în ochi; sfincter mușchiul face irisul mai mare și pupila mai mică, permițând mai puțină lumină în ochi. Dimensiunea elevului se poate schimba de la 2 milimetri la 8 milimetri. Aceasta înseamnă că prin schimbarea dimensiunii pupilei, ochiul poate schimba cantitatea de lumină care intră de 30 de ori.

Cel mai interior strat este retină -- porțiunea senzorizantă a ochiului. Contine celule de tijă, care sunt responsabili de vederea la lumină scăzută și celule conice, care sunt responsabili de viziunea și detaliile culorilor. În partea din spate a ochiului, în centrul retinei, se află macula. În centrul maculei se află o zonă numită fovea centralis. Această zonă conține doar conuri și este responsabilă pentru a vedea clar detaliile fine.

Retina conține un produs chimic numit rodopsinei, sau „violet vizual”. Aceasta este substanța chimică care transformă lumina în impulsuri electrice pe care creierul le interpretează ca viziune. Fibrele nervului retinian se colectează în partea din spate a ochiului și formează nervul optic, care conduce impulsurile electrice către creier. Locul în care nervul optic și vasele de sânge ies din retină se numește disc optic. Această zonă este un loc orb pe retină, deoarece nu există tije sau conuri în acea locație. Cu toate acestea, nu sunteți conștienți de acest punct orb, deoarece fiecare ochi acoperă pentru punctul orb al celuilalt ochi.

Când un medic îți privește spatele ochiului printr-un oftalmoscop, iată părerea:

În interiorul globului ocular există două secțiuni pline de fluid, separate de lentilă. Secțiunea mai mare, din spate, conține un material clar, asemănător unui gel numit umoare vitroasă. Secțiunea din față, mai mică, conține un material clar, apos, numit umor apos. Umorul apos este împărțit în două secțiuni numite camera anterioară (în fața irisului) și camera posterioară (în spatele irisului). Umorul apos este produs în corpul ciliar și se scurge prin canalul Schlemm. Când acest drenaj este blocat, se numește o boală glaucom poate rezulta.

obiectiv este o structură clară, bi-convexă de aproximativ 10 mm (0,4 inci) în diametru. Obiectivul își schimbă forma, deoarece este atașat de mușchii din corpul ciliar. Obiectivul este folosit pentru a regla fina vederea.

Acoperirea suprafeței interne a pleoapelor și sclerei este o membrană mucoasă numită conjunctivă, ceea ce ajută la menținerea ochiului umed. O infecție din această zonă este numită conjunctivită (numit și ochi roz).

Ochiul este unic prin faptul că este capabil să se deplaseze în multe direcții pentru a maximiza câmpul vizual, totuși este protejat de vătămări de o cavitate osoasă numită cavitatea orbitală. Ochiul este încorporat în grăsimi, ceea ce oferă o anumită amortizare. Pleoapele protejează ochiul clipind. Aceasta menține, de asemenea, suprafața ochiului umedă, răspândind lacrimi peste ochi. Genele și sprâncenele protejează ochiul de particulele care îl pot răni.

Lacrimile sunt produse în glandele lacrimale, care sunt situate deasupra segmentului exterior al fiecărui ochi. În cele din urmă, lacrimile se scurg în colțul interior al ochiului, în sacul lacrimal, apoi prin canalul nazal și în nas. De aceea îți curge nasul când plângi.

Există șase mușchi atașați la sclera care controlează mișcările ochiului. Acestea sunt prezentate aici:

Mușchi și funcții primare:

• Rectul medial: mișcă ochiul spre nas
• Rectul lateral: îndepărtează ochii de nas
• Rectul superior: ridică ochiul
• Rectul inferior: scade ochiul
• Oblicul superior roteste ochiul
• Oblicul inferior roteste ochiul

În următoarea secțiune, veți afla cum ochiul percepe lumina.

Când lumina intră în ochi, ea trece mai întâi prin cornee, apoi umorul apos, lentila și umorul vitros. În cele din urmă ajunge la retină, care este structura senzorială a ochiului. Retina conține două tipuri de celule, numite tije și conuri. Lansete manevrați vederea la lumină scăzută și conuri gestionați viziunea și detaliile culorilor. Când lumina contactează aceste două tipuri de celule, apare o serie de reacții chimice complexe. Produsul chimic care se formează (rodopsina activată) creează impulsuri electrice în nervul optic. În general, segmentul exterior al tijelor este lung și subțire, în timp ce segmentul exterior al conurilor are mai mult, bine, formă de con. Mai jos este un exemplu de tijă și con:

Segmentul exterior al unei tije sau al unui con conține substanțe chimice fotosensibile. În tije, această substanță chimică se numește rodopsinei; în conuri, aceste substanțe chimice sunt numite pigmenți de culoare. Retina conține 100 de milioane de tije și 7 milioane de conuri. Retina este căptușită cu pigment negru numit melanină -- la fel cum interiorul unei camere este negru - pentru a reduce cantitatea de reflexie. Retina are o zonă centrală, numită macula, care conține o concentrație mare de numai conuri. Această zonă este responsabilă de viziunea ascuțită și detaliată.

Când lumina intră în ochi, vine în contact cu rodopsina chimică fotosensibilă (numită și ea) violet vizual). Rodopsina este un amestec de proteine ​​numit scotopsin și 11-cis-retiniene -- aceasta din urmă este derivată din vitamina A (motiv pentru care lipsa vitaminei A provoacă probleme de vedere). Rodopsina se descompune atunci când este expusă la lumină, deoarece lumina provoacă o schimbare fizică în porțiunea de 11-cis-retină a rodopsinei, schimbând-o în retină all-trans. Această primă reacție durează doar câteva trilioane de secundă. Retina 11-cis este o moleculă angulată, în timp ce retina all-trans este o moleculă dreaptă. Acest lucru face ca substanța chimică să fie instabilă. Rodopsina se descompune în mai mulți compuși intermediari, dar în cele din urmă se formează (în mai puțin de o secundă) metarhodopsina II (rodopsină activată). Această substanță chimică provoacă impulsuri electrice care sunt transmise creierului și interpretate ca lumină. Iată o diagramă a reacției chimice despre care tocmai am discutat:

Rodopsina activată provoacă impulsuri electrice în felul următor:

1. Membrana celulară (stratul exterior) al unei celule cu tijă are o sarcină electrică. Când lumina activează rodopsina, aceasta determină o reducere a GMP ciclic, ceea ce determină creșterea acestei încărcări electrice. Aceasta produce un curent electric de-a lungul celulei. Când este detectată mai multă lumină, este activată mai multă rodopsină și se produce mai mult curent electric.
2. Acest impuls electric ajunge în cele din urmă la o celulă ganglionară, apoi la nervul optic.
3. Nervii ajung la abismul optic, unde fibrele nervoase din jumătatea interioară a fiecărei retine se încrucișează în cealaltă parte a creierului, dar fibrele nervoase din jumătatea exterioară a retinei rămân pe aceeași parte a creierului..
4. Aceste fibre ajung în cele din urmă la nivelul creierului (lob occipital). Aici se interpretează viziunea și se numește cortexul vizual primar. Unele dintre fibrele vizuale merg în alte părți ale creierului pentru a ajuta la controlul mișcărilor ochilor, răspunsul pupilelor și irisului și comportamentul.

În cele din urmă, rodopsina trebuie să fie reformată pentru ca procesul să reapară. Retina all-trans este transformată în 11-cis-retină, care apoi se recombină cu scotopsină pentru a forma rodopsina pentru a începe procesul din nou când este expusă la lumină.

Produsele chimice sensibile la culoare în conuri sunt numite pigmenți conici și sunt foarte asemănătoare cu substanțele chimice din tije. Porțiunea retinală a substanței chimice este aceeași, cu toate acestea scotopsina este înlocuită cu fotopsine. Prin urmare, pigmenții sensibili la culoare sunt realizați din retină și fotopsine. Există trei tipuri de pigmenți sensibili la culoare:

• Pigment sensibil la roșu
• Pigment sensibil la verde
• Pigment sensibil la albastru

Fiecare celulă con are unul dintre acești pigmenți, astfel încât este sensibilă la acea culoare. Ochiul uman poate simți aproape orice gradare a culorii atunci când roșu, verde și albastru sunt amestecate.

În diagrama de mai sus, sunt prezentate lungimile de undă ale celor trei tipuri de conuri (roșu, verde și albastru). absorbție maximă de pigment sensibil la albastru este de 445 nanometri, pentru pigment sensibil la verde este de 535 nanometri, iar pentru pigment sensibil la roșu este de 570 nanometri.

Orbirea de culoare este incapacitatea de a diferenția între diferite culori. Cel mai frecvent tip este orbirea roșie-verde. Aceasta apare la 8 la sută dintre bărbați și la 0,4 la sută dintre femei. Se produce atunci când conurile roșii sau verzi nu sunt prezente sau nu funcționează corect. Persoanele cu această problemă nu sunt complet incapabile să vadă roșu sau verde, ci deseori confundă cele două culori.

Aceasta este o tulburare moștenită și afectează mai frecvent bărbații, deoarece capacitatea de vedere a culorii este localizată pe Cromozomul X. (Femeile au doi cromozomi X, deci probabilitatea de a moșteni cel puțin un X cu viziunea normală a culorii este mare; bărbații au un singur cromozom X cu care să lucreze. Faceți clic aici pentru mai multe pe cromozomi.) Incapacitatea de a vedea orice culoare, sau de a vedea doar în diferite nuanțe de gri, este foarte rară.

Pentru mai multe despre orbirea culorilor, faceți clic aici.

Atunci când este prezentă o deficiență severă de vitamina A orbire nocturnă are loc.

Vitamina A este necesară pentru a forma de retină, care face parte din molecula de rodopsină. Atunci când nivelul moleculelor sensibile la lumină este scăzut din cauza deficitului de vitamina A, este posibil să nu existe suficientă lumină noaptea pentru a permite vederea. În timpul zilei, există suficientă stimulare a luminii pentru a produce vederea, în ciuda nivelurilor scăzute de retină.

Atunci când razele de lumină ating o suprafață angulată a unui material diferit, aceasta provoacă aplecarea razelor de lumină. Aceasta se numește refracţie. Când lumina ajunge la o lentilă convexă, razele de lumină se apleacă spre centru:

Când razele de lumină ajung la o lentilă concavă, razele de lumină se îndoaie departe de centru:

Ochiul are mai multe suprafețe angulate care provoacă aplecarea luminii. Acestea sunt:

• Interfața dintre aer și partea din față a corneei
• Interfața dintre spatele corneei și umorul apos
• Interfața dintre umorul apos și partea frontală a obiectivului
• Interfața dintre spatele lentilei și umorul vitros

Când totul funcționează corect, lumina o face prin aceste patru interfețe și ajunge la retină în concentrare perfectă.

Viziune sau acuitate vizuala este testat citind o diagramă a ochilor Snellen la o distanță de 20 de metri. Analizând o mulțime de oameni, medicii oculari au decis ce ar trebui să poată vedea o ființă „normală” când stă la 20 de metri distanță de un grafic. Dacă ai viziune 20/20, înseamnă că atunci când stai la 20 de metri distanță de grafic, poți vedea ce poate vedea o ființă umană „normală”. (În metrică, standardul este de 6 metri și se numește 6/6 vedere). Cu alte cuvinte, dacă ai viziunea 20/20, viziunea ta este „normală” - majoritatea oamenilor din populație pot vedea ce poți vedea la 20 de metri.

Dacă aveți o viziune 20/40, înseamnă că atunci când stai la 20 de metri distanță de grafic nu puteți vedea decât ce poate vedea un om normal când stă la 40 de metri de grafic. Adică, dacă există o persoană „normală” care stă la 40 de metri distanță de grafic și dacă stai la doar 20 de metri de grafic, tu și persoana normală poți vedea același detaliu. 20/100 înseamnă că atunci când stai la 20 de metri de grafic nu poți vedea decât ce poate vedea o persoană normală care stă la 100 de metri. 20/200 este limita pentru orbirea legală din Statele Unite.

Puteți avea, de asemenea, o viziune mai bună decât norma. O persoană cu viziune 20/10 poate vedea la 20 de picioare ceea ce poate vedea o persoană normală când stă la 10 metri distanță de grafic.

Falcii, bufnițele și alte păsări de pradă au o viziune mult mai acută decât oamenii. Un șoim are un ochi mult mai mic decât o ființă umană, dar are o mulțime de senzori (conuri) împachetate în acel spațiu. Acest lucru oferă o viziune de șoim care este de opt ori mai acută decât cea a unui om. Un șoim ar putea avea 20/2 viziune!

În mod normal, ochiul tău poate concentra o imagine exact pe retină:

Punctul de vedere și observarea în față apar atunci când focalizarea nu este perfectă.

Cand miopie (miopie) este prezent, o persoană este capabilă să vadă bine obiectele din apropiere și are dificultăți să vadă obiecte care sunt departe. Razele de lumină devin concentrate în fața retinei. Acest lucru este cauzat de un glob ocular care este prea lung sau de un sistem de lentile care are prea multă putere pentru focalizare. Punctul de vedere clar este corectat cu o lentile concave. Acest obiectiv face ca lumina să se abată ușor înainte de a ajunge la ochi, așa cum se vede aici:

Cand clarviziune (hipermetropie) este prezent, o persoană este capabilă să vadă bine obiectele îndepărtate și are dificultăți să vadă obiecte care sunt în apropiere. Razele de lumină devin concentrate în spatele retinei. Aceasta este cauzată de un glob ocular prea scurt sau de un sistem de lentile care are o putere prea mică de focalizare. Aceasta se corectează cu a lentile convexe, după cum se vede aici:

Vedeți cum funcționează problemele privind viziunea refractivă și cum funcționează lentilele corective pentru detalii.

astigmatismul este o curbură inegală a corneei și provoacă o denaturare a vederii. Pentru a corecta acest lucru, un obiectiv este format pentru a corecta denivelările.

De ce se agravează vederea odată cu înaintarea în vârstă?

Pe măsură ce îmbătrânim, lentila devine mai puțin elastic. Își pierde capacitatea de a-și schimba forma. Aceasta se numește prezbiție și se observă mai mult atunci când încercăm să vedem lucruri apropiate, deoarece corpul ciliar trebuie să se contracte pentru a obține lentila mai groasă. Pierderea elasticității împiedică lentila să devină mai groasă. Drept urmare, pierdem capacitatea de a ne concentra pe obiecte apropiate.

La început, oamenii încep să țină lucrurile mai departe pentru a le putea vedea concentrate. De obicei, acest lucru devine vizibil atunci când ajungem la jumătatea anilor patruzeci. În cele din urmă, obiectivul nu se poate mișca și devine mai mult sau mai puțin focalizat permanent la o distanță fixă ​​(care este diferită pentru fiecare persoană).

Pentru a corecta acest lucru, bifocale sunt necesare. Bifocalele sunt o combinație între o lentilă inferioară pentru viziune apropiată (citire) și o lentilă superioară pentru vederea la distanță.

Ochiul folosește trei metode pentru a determina distanța:

• Dimensiunea pe care o are un obiect cunoscut pe retina ta - Dacă cunoașteți dimensiunea unui obiect din experiența anterioară, creierul dvs. poate măsura distanța în funcție de dimensiunea obiectului de pe retină.
• Paralaxa în mișcare - Când mișcați capul dintr-o parte în alta, obiectele care vă sunt aproape se mișcă rapid de-a lungul retinei. Cu toate acestea, obiectele care sunt departe se mișcă foarte puțin. În acest fel, creierul tău poate spune aproximativ cât de departe este ceva de la tine.
• Viziune stereo - Fiecare ochi primește o imagine diferită a unui obiect de pe retina sa, deoarece fiecare ochi are o distanță de aproximativ 2 centimetri. Acest lucru este valabil mai ales atunci când un obiect este aproape de ochii tăi. Acest lucru este mai puțin util atunci când obiectele sunt departe, deoarece imaginile de pe retină devin mai identice cu cât sunt mai departe de ochii tăi.

Orbirea legală este de obicei definită drept acuitate vizuală mai puțin de 20/200 cu lentile corective. Acum că ai învățat o anumită anatomie a ochiului și cum funcționează, devine mai ușor să înțelegi cum următoarele condiții pot duce la orbire:

• Cataracta - Aceasta este o tulburare în lentilă care blochează lumina de la atingerea retinei. Devine mai des pe măsură ce îmbătrânim, dar bebelușii se pot naște cu o cataractă. Pe măsură ce se agravează, poate necesita o intervenție chirurgicală pentru a îndepărta lentila și a plasa un obiectiv intraocular.
• Glaucom - Dacă umorul apos nu se scurge corect, atunci presiunea se acumulează în ochi. Acest lucru face ca celulele și fibrele nervoase din spatele ochiului să moară. Acest lucru poate fi tratat cu medicamente și chirurgie.
• Retinopatie diabetică - Persoanele cu diabet zaharat pot obține blocarea vaselor de sânge, scurgerea vaselor de sânge și cicatrizarea care poate duce la orbire. Acest lucru poate fi tratat cu chirurgie laser.
• Degenerescenta maculara - La unele persoane, macula (care este responsabilă pentru detalii fine în centrul vederii) se poate deteriora odată cu vârsta, din motive necunoscute. Aceasta provoacă pierderea vederii centrale. Acest lucru poate fi uneori ajutat cu chirurgia cu laser.
• Trauma - Traumatismele directe sau leziunile chimice pot provoca pagube suficiente pentru ochi pentru a preveni vederea adecvată.
• Retinita pigmentara - Aceasta este o boală moștenită care determină o degenerare a retinei și a excesului de pigment. Mai întâi provoacă orbire nocturnă și apoi vedere tunel, care adesea progresează treptat spre orbirea totală. Nu există un tratament cunoscut.
• trahom - Aceasta este o infecție cauzată de un organism numit Chlamydia trachomatis. Este o cauză comună a orbirii la nivel mondial, dar este rară în Statele Unite. Poate fi tratat cu antibiotice.

Există multe alte cauze ale orbirii, cum ar fi deficiența de vitamina A, tumori, accidente vasculare cerebrale, boli neurologice, alte infecții, boli ereditare și toxine. Pentru mai multe informații, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Cum funcționează problemele privind viziunea refractivă
• Cum funcționează lentilele corective
• Cum funcționează Colorblindness
• De ce oamenii au ochii roșii în unele fotografii flash?
• De ce îmi ia ochii câteva minute pentru a mă obișnui cu întunericul?
• Citirea la lumină scăzută îmi va răni ochii?
• Cum funcționează câinii-ghid

Mai multe legături grozave!

• Resurse pentru ochi pe Internet
• Institutele Naționale de Sănătate: Institutul Național al Ochilor
• Galeria Iluziilor
• UC Davis: simulator neurologic de ochi

Despre autor

Carl Bianco, M.D., este un medic de urgență care practică la Dorchester General Hospital din Cambridge, Maryland. Dr. Bianco a urmat școala medicală la Școala de Medicină a Universității Georgetown și și-a primit diploma de licență de la Universitatea Georgetown cu majore în asistență medicală și pre-med. El a finalizat un stagiu și o rezidență în medicină de urgență la Spitalul din Akron City din Akron, Ohio.

Dr. Bianco locuiește în apropiere de Baltimore, împreună cu soția și cei doi copii.