Sådan fungerer visionen

Selvom det er lille i størrelse, er øjet et meget komplekst organ. flashfilm / Getty Images

Det er ikke tilfældigt, at solens vigtigste funktion i midten af ​​vores solsystem er at give lys. Lys er det, der driver livet. Det er svært at forestille sig vores verden og vores liv uden den.

Oplevelsen af ​​lys ved levende ting er næsten universel. Planter bruger lys gennem fotosyntesen for at vokse. Dyr bruger lys til at jage deres bytte eller for at sanse og flygte fra rovdyr.

-Nogle siger, at det er udviklingen af ​​stereoskopisk syn sammen med udviklingen af ​​den store menneskelige hjerne og frigørelse af hænder fra bevægelse, der har gjort det muligt for mennesker at udvikle sig til et så højt niveau. I denne artikel skal vi diskutere det fantastiske indre arbejde i det menneskelige øje!

Indhold

1. Grundlæggende anatomi
2. Opfattelse af lys
3. Farvesyn
4. Farveblindhed
5. Vitamin A-mangel
6. brydning
7. Normal vision
8. Fejl i brydning
9. Bygningsfejl
10. Dybdeopfattelse
11. Blindhed

Selvom det er lille i størrelse, er øjet et meget komplekst organ. Øjet er cirka 1 inch (2,54 cm) bredt, 1 inch dybt og 0,9 inch (2,3 cm) højt.

Det hårde, yderste lag af øjet kaldes senehinden. Det opretholder formen på øjet. Den forreste sjette del af dette lag er klar og kaldes hornhinde. Alt lys skal først passere gennem hornhinden, når det kommer ind i øjet. Fastgjort til scleraen er de muskler, der bevæger øjet, kaldet ekstraokulære muskler.

Det årehinden (eller uveal tract) er det andet lag af øjet. Det indeholder blodkarene, der leverer blod til strukturer i øjet. Choroidens forreste del indeholder to strukturer:

• Det ciliærlegeme - Den ciliære krop er et muskulært område, der er knyttet til linsen. Det sammentrækkes og slapper af for at kontrollere størrelsen på objektivet til fokusering.
• Det iris - Iris er den farvede del af øjet. Irisens farve bestemmes af farve på bindevæv og pigmentceller. Mindre pigment gør øjnene blå; mere pigment gør øjnene brune. Iris er en justerbar membran omkring en åbning kaldet elev.

Iris har to muskler: dilatator muskler gør iris mindre og derfor bliver eleven større, hvilket giver mere lys ind i øjet; det lukkemuskel muskler gør iris større og pupillen mindre, hvilket giver mindre lys ind i øjet. Elevstørrelse kan ændre sig fra 2 millimeter til 8 millimeter. Dette betyder, at ved at ændre pupillens størrelse, kan øjet ændre mængden af ​​lys, der kommer ind i det med 30 gange.

Det inderste lag er nethinde -- den lysfølsomme del af øjet. Det indeholder stavceller, der er ansvarlige for synet i svagt lys, og kegle celler, som er ansvarlige for farvesyn og detaljer. På bagsiden af ​​øjet, i midten af ​​nethinden, er gule plet. I midten af ​​makulaen er et område kaldet fovea centralis. Dette område indeholder kun kegler og er ansvarlig for at se fine detaljer tydeligt.

Nethinden indeholder et kemikalie kaldet rhodopsin, eller "visuel lilla." Dette er det kemiske stof, der konverterer lys til elektriske impulser, som hjernen fortolker som syn. Nethindefibrene samles bagpå øjet og danner optisk nerve, der leder de elektriske impulser til hjernen. Det sted, hvor synsnerven og blodkar forlader nethinden kaldes optisk disk. Dette område er en blind plet på nethinden, fordi der ikke er nogen stænger eller kegler på det sted. Du er dog ikke opmærksom på denne blinde plet, fordi hvert øje dækker det blinde plet i det andet øje.

Når en læge ser på bagsiden af ​​dit øje gennem et oftalmoskop, er her synspunktet:

Inde i øjeæblet er der to væskefyldte sektioner adskilt af linsen. Den større rygsektion indeholder et klart, gel-lignende materiale kaldet glasagtig humor. Den mindre forreste del indeholder et klart, vandigt materiale kaldet vandig humor. Den vandige humor er delt i to sektioner kaldet det forreste kammer (foran iris) og det bageste kammer (bag iris). Den vandige humor produceres i ciliærlegemet og drænes gennem Schlemm-kanalen. Når denne dræning er blokeret, kaldes en sygdom glaukom kan resultere.

Det linse er en klar, bi-konveks struktur med en diameter på ca. 10 mm (0,4 inch). Linsen ændrer form, fordi den er knyttet til musklerne i ciliærlegemet. Objektivet bruges til at finjustere synet.

Dækker den indvendige overflade af øjenlågene og sklera er en slimhinde, der kaldes bindehinde, hvilket hjælper med at holde øjet fugtigt. En infektion i dette område kaldes conjunctivitis (også kaldet lyserødt øje).

Øjet er unikt, idet det er i stand til at bevæge sig i mange retninger for at maksimere synsfeltet, men alligevel er beskyttet mod kvæstelser af et bony hulrum kaldet kredsløbshulrum. Øjet er indlejret i fedt, hvilket giver en vis dæmpning. Øjenlågene beskytter øjet ved at blinke. Dette holder også øjenoverfladen fugtig ved at sprede tårer over øjnene. Øjenvipper og øjenbryn beskytter øjet mod partikler, der kan skade det.

Tårer produceres i lacrimal kirtler, som er placeret over det ydre segment af hvert øje. Tårerne drænes til sidst ned i det indre hjørne af øjet, i lacrimal sac, derefter gennem næsekanalen og ind i næsen. Derfor løber din næse, når du græder.

Der er seks muskler knyttet til scleraen, der kontrollerer bevægelserne i øjet. De vises her:

Primære muskler og funktioner:

• Medial rectus: bevæger øjet mod næsen
• Lateral rectus: bevæger øjet væk fra næsen
• Superior rectus: rejser øjet
• Inferior rectus: sænker øjet
• Superior skråt roterer øjet
• Mindre skråt roterer øjet

I det næste afsnit lærer du, hvordan øjet opfatter lys.

Når lys kommer ind i øjet, passerer det først gennem hornhinden, derefter den vandige humor, linse og glasagtige humor. I sidste ende når den nethinde, hvilket er den lysfølsomme struktur i øjet. Nethinden indeholder to typer celler, kaldet stænger og kegler. Stænger håndtere syn i svagt lys og kegler håndtere farvesyn og detaljer. Når lys kommer i kontakt med disse to typer celler, forekommer en række komplekse kemiske reaktioner. Kemikaliet, der dannes (aktiveret rhodopsin) skaber elektriske impulser i synsnerven. Generelt er det ydre segment af stænger langt og tyndt, mens det ydre segment af kegler er mere, godt, kegleformet. Nedenfor er et eksempel på en stang og en kegle:

Det ydre segment af en stang eller en kegle indeholder de lysfølsomme kemikalier. I stænger kaldes dette kemikalie rhodopsin; i kegler kaldes disse kemikalier farvepigmenter. Nethinden indeholder 100 millioner stænger og 7 millioner kegler. Nethinden er foret med kaldt sort pigment melanin -- ligesom indersiden af ​​et kamera er sort - for at mindske refleksionsmængden. Nethinden har et centralt område, kaldet the gule plet, der indeholder en høj koncentration af kun kegler. Dette område er ansvarlig for skarp, detaljeret vision.

Når lys kommer ind i øjet kommer det i kontakt med den lysfølsomme kemiske rhodopsin (også kaldet visuel lilla). Rhodopsin er en blanding af et protein kaldet scotopsin og 11-cis-retinal -- sidstnævnte stammer fra A-vitamin (det er grunden til, at en mangel på A-vitamin forårsager synsproblemer). Rhodopsin nedbrydes, når det udsættes for lys, fordi lys forårsager en fysisk ændring i den 11-cis-retinal del af rhodopsin og ændrer den til al-trans nethinde. Denne første reaktion tager kun et par billioner sekund. 11-cis-nethinden er et vinklet molekyle, mens all-trans nethinden er et lige molekyle. Dette gør kemikaliet ustabilt. Rhodopsin nedbrydes i flere mellemliggende forbindelser, men til sidst (på mindre end et sekund) dannes metarhodopsin II (aktiveret rhodopsin). Dette kemikalie forårsager elektriske impulser, der overføres til hjernen og fortolkes som lys. Her er et diagram over den kemiske reaktion, vi netop har diskuteret:

Aktiveret rhodopsin forårsager elektriske impulser på følgende måde:

1. En stangcells cellemembran (ydre lag) har en elektrisk ladning. Når lys aktiverer rhodopsin, forårsager det en reduktion i cyklisk GMP, hvilket får denne elektriske ladning til at stige. Dette producerer en elektrisk strøm langs cellen. Når der registreres mere lys, aktiveres mere rhodopsin, og der produceres mere elektrisk strøm.
2. Denne elektriske impuls når til sidst en ganglioncelle og derefter synsnerven.
3. Nerverne når det optiske kammer, hvor nervefibrene fra den indvendige halvdel af hvert nethinde krydser til den anden side af hjernen, men nervefibrene fra den udvendige halvdel af nethinden forbliver på samme side af hjernen.
4. Disse fibre når til sidst bagsiden af ​​hjernen (occipital lob). Det er her visionen fortolkes og kaldes the primær visuel cortex. Nogle af de synsfibre går til andre dele af hjernen for at hjælpe med at kontrollere øjenbevægelser, elevernes reaktion og iris og adfærd.

Til sidst skal rhodopsin omformes, så processen kan gentage sig. All-trans nethinden omdannes til 11-cis-retinal, som derefter rekombineres med scotopsin for at danne rhodopsin for at begynde processen igen, når den udsættes for lys.

De farvesvarende kemikalier i keglerne kaldes keglepigmenter og ligner meget kemikalierne i stængerne. Retinalpartiet af kemikaliet er det samme, men scotopsin erstattes med fotopsiner. Derfor er de farvereaktionelle pigmenter lavet af nethinde og fotopsiner. Der er tre slags farvesensitive pigmenter:

• Rødfølsomt pigment
• Grønsensitivt pigment
• Blåfølsomt pigment

Hver keglecelle har et af disse pigmenter, så den er følsom over for denne farve. Det menneskelige øje kan fornemme næsten enhver graduering af farve, når rød, grøn og blå blandes.

I diagrammet ovenfor vises bølgelængderne for de tre typer kegler (rød, grøn og blå). Det maksimal absorbans af blåfølsomt pigment er 445 nanometer, for grønfølsomt pigment er det 535 nanometer, og for rødfølsomt pigment er det 570 nanometer.

Farveblindhed er manglende evne til at skelne mellem forskellige farver. Den mest almindelige type er rødgrøn farveblindhed. Dette forekommer hos 8 procent af mænd og 0,4 procent af kvinder. Det opstår, når enten de røde eller grønne kegler ikke er til stede eller ikke fungerer korrekt. Mennesker med dette problem er ikke helt ude af stand til at se rødt eller grønt, men forvirrer ofte de to farver.

Dette er en nedarvet forstyrrelse og påvirker mænd oftere, da kapaciteten til farvesyn er placeret på X-kromosom. (Kvinder har to X-kromosomer, så sandsynligheden for at arve mindst et X med normal farvesyn er høj; mænd har kun et X-kromosom at arbejde med. Klik her for mere om kromosomer.) Manglende evne til at se nogen farve eller kun se i forskellige gråtoner er meget sjælden.

Klik her for mere om farveblindhed.

Når der er alvorlig vitamin A-mangel, da natblindhed opstår.

A-vitamin er nødvendig for at danne retinal, som er en del af rhodopsin-molekylet. Når niveauerne af lysfølsomme molekyler er lave på grund af vitamin A-mangel, er der muligvis ikke nok lys om natten til at tillade syn. I løbet af dagslys er der nok lysstimulering til at producere syn trods lave niveauer af nethinden.

Når lysstråler når en vinklet overflade af et andet materiale, får det lysstrålene til at bøje sig. Dette kaldes brydning. Når lys når en konveks linse, bøjes lysstrålene mod midten:

Når lysstråler når en konkav linse, bøjes lysstrålene væk fra midten:

Øjet har flere vinklede overflader, der får lyset til at bøje. Disse er:

• Grænsefladen mellem luften og fronten af ​​hornhinden
• Grænsefladen mellem bagsiden af ​​hornhinden og den vandige humor
• Grænsefladen mellem den vandige humor og linsens forside
• Grænsefladen mellem linsens bagside og den glasagtige humor

Når alt fungerer korrekt, gør lys det gennem disse fire grænseflader og ankommer nethinden i perfekt fokus.

Vision eller synsskarphed testes ved at læse et Snellen-øjenkort i en afstand af 20 fod. Ved at se på mange mennesker har øjenlæger besluttet, hvad et "normalt" menneske skal være i stand til at se, når han står 20 meter væk fra et øjenskort. Hvis du har 20/20 syn, betyder det, at når du står 20 meter væk fra diagrammet, kan du se, hvad et "normalt" menneske kan se. (I metrisk er standarden 6 meter, og den kaldes 6/6 vision). Med andre ord, hvis du har 20/20 syn, er din vision "normal" - et flertal af befolkningen kan se, hvad du kan se på 20 meter.

Hvis du har 20/40 syn, betyder det, at når du står 20 meter væk fra diagrammet, kan du kun se, hvad et normalt menneske kan se, når han står 40 meter fra diagrammet. Det vil sige, hvis der er en "normal" person, der står 40 meter væk fra diagrammet, og du står kun 20 meter væk fra diagrammet, kan du og den normale person se den samme detalje. 20/100 betyder, at når du står 20 meter fra diagrammet, kan du kun se, hvad en normal person, der står 100 meter væk, kan se. 20/200 er en afskærmning for juridisk blindhed i USA.

Du kan også have en vision, der er bedre end normen. En person med 20/10 syn kan se ved 20 fod, hvad en normal person kan se, når han står 10 meter væk fra diagrammet.

Høge, ugler og andre rovfugle har langt mere akut syn end mennesker. En hauk har et meget mindre øje end et menneske, men har masser af sensorer (kegler) pakket ind i det rum. Dette giver en haukvision, der er otte gange mere akut end et menneskes. En hauk kan have 20/2 vision!

Normalt kan dit øje fokusere et billede nøjagtigt på nethinden:

Nedsynthed og langsynethed opstår, når fokuseringen ikke er perfekt.

Hvornår nærsynethed (nærsynethed) er til stede, en person er i stand til at se nær objekter godt og har svært ved at se objekter, der er langt væk. Lysstråler bliver fokuseret foran nethinden. Dette er forårsaget af en øjenæble, der er for lang, eller et linsesystem, der har for meget kraft til at fokusere. Nedsynethed korrigeres med en konkav linse. Denne linse får lyset til at afvige lidt inden det når øjet, som det ses her:

Hvornår langsynethed (langsynethed) er til stede, en person er i stand til at se fjerne objekter godt og har svært ved at se objekter, der er i nærheden. Lysstråler bliver fokuseret bag nethinden. Dette er forårsaget af et øjeæppe, der er for kort, eller af et linsesystem, der har for lidt fokuseringskraft. Dette korrigeres med en konveks linse, som set her:

Se, hvordan refraktive visioner fungerer, og hvordan korrigerende linser fungerer for detaljer.

Bygningsfejl er en ujævn krumning af hornhinden og forårsager en forvrængning i synet. For at rette dette er en linse formet til at korrigere ujævnheden.

Hvorfor forværres synet, når vi bliver ældre?

Når vi bliver ældre, bliver linsen mindre elastisk. Det mister sin evne til at ændre form. Dette kaldes presbyopi og er mere synlig, når vi prøver at se ting, der er tæt på, fordi ciliærlegemet skal sammentrækes for at gøre linsen tykkere. Tabet af elasticitet forhindrer, at linsen bliver tykkere. Som et resultat mister vi evnen til at fokusere på nære objekter.

Først begynder folk at holde tingene længere væk for at se dem i fokus. Dette mærkes normalt, når vi når midten af ​​firserne. Til sidst er objektivet ikke i stand til at bevæge sig og bliver mere eller mindre permanent fokuseret i en fast afstand (hvilket er forskelligt for hver person).

For at rette op på dette, bifokale er påkrævet. Bifocals er en kombination af en nedre linse til tæt syn (læsning) og en øvre linse til fjernsyn.

Øjet bruger tre metoder til at bestemme afstand:

• Størrelsen et kendt objekt har på din nethinde - Hvis du har kendskab til størrelsen på et objekt fra tidligere erfaring, kan din hjerne måle afstanden baseret på størrelsen på objektet på nethinden.
• Flytende parallax - Når du bevæger dit hoved fra side til side, bevæger objekter, der er tæt på dig hurtigt hen over nethinden. Objekter, der er langt væk, bevæger sig imidlertid meget lidt. På denne måde kan din hjerne fortælle nogenlunde hvor langt noget er fra dig.
• Stereosyn - Hvert øje får et andet billede af et objekt på nethinden, fordi hvert øje er ca. 2 inches fra hinanden. Dette gælder især, når et objekt er tæt på dine øjne. Dette er mindre nyttigt, når genstande er langt væk, fordi billederne på nethinden bliver mere identiske, jo længere de er fra dine øjne.

Juridisk blindhed defineres normalt som synsskarphed mindre end 20/200 med korrigerende linser. Nu hvor du har lært noget anatomi i øjet, og hvordan det fungerer, bliver det lettere at forstå, hvordan følgende tilstande kan føre til blindhed:

• Katarakter - Dette er en uklarhed i linsen, der blokerer for lys fra at nå nethinden. Det bliver mere almindeligt, når vi bliver ældre, men babyer kan fødes med en grå stær. Når det forværres, kan det kræve kirurgi for at fjerne linsen og placere en intraokulær linse.
• Glaukom - Hvis den vandige humor ikke dræner ud korrekt, opbygges trykket i øjet. Dette får cellerne og nervefibrene bag på øjet til at dø. Dette kan behandles med medicin og kirurgi.
• Diabetisk retinopati - Personer med diabetes kan få blokering af blodkar, lækage af blodkar og ardannelse, der kan føre til blindhed. Dette kan behandles med laseroperation.
• Makulær degeneration - I nogle personer kan makulaen (som er ansvarlig for fine detaljer i synets centrum) forringes med alderen af ​​ukendte årsager. Dette medfører tab af central vision. Dette kan undertiden hjælpes med laseroperation.
• Trauma - Direkte traumer eller kemiske kvæstelser kan forårsage nok skade på øjnene til at forhindre tilstrækkelig syn.
• Retinitis pigmentosa - Dette er en arvelig sygdom, der forårsager en degeneration af nethinden og overskydende pigment. Det medfører først natblindhed og derefter tunnelsyn, der ofte gradvist skrider frem til total blindhed. Der er ingen kendt behandling.
• trachom - Dette er en infektion forårsaget af en organisme kaldet Chlamydia trachomatis. Det er en almindelig årsag til blindhed på verdensplan, men er sjælden i USA. Det kan behandles med antibiotika.

Der er mange andre årsager til blindhed, såsom vitamin A-mangel, tumorer, slagtilfælde, neurologiske sygdomme, andre infektioner, arvelige sygdomme og toksiner. For mere information, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Sådan fungerer refraktive visioner
• Sådan fungerer korrigerende linser
• Sådan fungerer farveblindhed
• Hvorfor har folk røde øjne i nogle flashfotografier?
• Hvorfor tager det mine øjne flere minutter at vænne sig til mørke?
• Vil læse i svagt lys skade mine øjne?
• Sådan fungerer hundehunde

Flere gode links!

• Øjenressourcer på Internettet
• National Institutes of Health: National Eye Institute
• Galleri med illusioner
• UC Davis: Neurological Eye Simulator

Om forfatteren

Carl Bianco, M.D., er en akutlæge, der praktiserer på Dorchester General Hospital i Cambridge, Maryland. Dr. Bianco deltog i medicinsk skole på Georgetown University School of Medicine og modtog sin bacheloruddannelse fra Georgetown University med hovedfag i sygepleje og pre-med. Han afsluttede en praktikplads og ophold i akutmedicin på Akron City Hospital i Akron, Ohio.

Dr. Bianco bor i nærheden af ​​Baltimore med sin kone og to børn.