愿景是如何工作的

作者:卡尔·比安科,医学博士

一位年轻女子睁开的蓝眼睛特写"width=
眼睛虽然体积小,却是一个非常复杂的器官。劳伦斯·莫内雷/盖蒂图片社

它的主要功能太阳我们太阳系的中心是提供光。光是生命的动力。很难想象没有它我们的世界和生活。

生物对光的感知几乎是普遍的。植物通过光合作用利用光来生长。动物利用光来捕猎猎物或感知并逃离捕食者。

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有人说,正是立体视觉的发展,加上人类大脑的发展和手的解放,才使人类进化到如此高的水平。在本文中,我们将讨论惊人的内部工作原理人眼!

基本的解剖学

眼睛虽然体积小,却是一个非常复杂的器官。眼睛大约1英寸(2.54厘米)宽,1英寸深,0.9英寸(2.3厘米)高。

眼睛最外层坚硬的部分被称为巩膜. 它保持眼睛的形状。这一层的前六层是透明的,称为角膜.所有必须首先通过角膜进入眼睛。附着在巩膜上的是肌肉那移动的眼睛,叫做眼外肌

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脉络(或葡萄膜道)是眼睛的第二层。它包含向眼睛结构供血的血管。脉络膜前部包含两种结构:

  • 睫状体-睫状体是附着在晶状体上的肌肉区域。它收缩和放松来控制镜头的大小以进行聚焦。
  • 虹膜虹膜是眼睛有颜色的部分。虹膜的颜色是由结缔组织和色素细胞的颜色决定的。色素越少,眼睛越蓝;色素越多,眼睛就会变成棕色。虹膜是一个可调节的膜片,围绕着一个叫做学生

虹膜有两块肌肉:虹膜扩张器肌肉使虹膜变小,因此瞳孔变大,使更多的光线进入眼睛;这个括约肌肌肉使虹膜更大,瞳孔更小,进入眼睛的光线更少。瞳孔大小可以从2毫米到8毫米不等。这意味着通过改变瞳孔的大小,眼睛可以改变进入它的光的数量30倍。

最里面的一层是视网膜--眼睛的感光部分。它包含杆状细胞,负责在弱光下的视力锥细胞,负责色觉和细节。在眼睛的后面,在视网膜的中心,是黄斑.在黄斑的中央有一个区域叫做中央凹. 该区域仅包含锥体,负责清楚地看到细节。

视网膜中含有一种叫做视紫红质,或“视觉紫色”。这是一种将光转化为电脉冲的化学物质,大脑将其解释为视觉。视网膜神经纤维聚集在眼睛的后部,形成视神经,将电脉冲传导到大脑。视神经和血管离开视网膜的部位称为视网膜视盘.这个区域是视网膜上的盲点,因为在那个位置没有视杆细胞或视锥细胞。然而,你并没有意识到这个盲点,因为每只眼睛都掩盖了另一只眼睛的盲点。

当医生通过检眼镜检查你的眼睛后部时,以下是视图:

在眼球内部有两个由晶状体隔开的充满液体的部分。后面较大的部分含有一种透明的凝胶状物质,叫做玻璃体.前面较小的部分含有一种透明的水状物质,叫做房水. 房水分为两部分,称为前房(虹膜前)和后房(虹膜后)。房水在睫状体中产生,并通过睫状体排出巩膜静脉窦.当这种排水管堵塞时,一种叫做青光眼可以结果。

透镜是一个清晰的双凸结构,直径约10毫米(0.4英寸)。晶状体的形状会发生变化,因为它附着在睫状体的肌肉上。晶状体用于微调视力。

覆盖在眼睑和巩膜内表面的是一层称为眼睑的粘膜结膜,有助于保持眼睛湿润。这个区域的感染称为结膜炎(也叫红眼)。

眼睛的独特之处在于,它可以向多个方向移动以扩大视野,但它有一种被称为眼的骨腔保护着不受伤害眶腔. 眼睛被脂肪包裹,这提供了一些缓冲。眼睑通过眨眼来保护眼睛。这也可以通过在眼睛上涂抹泪水来保持眼睛表面湿润。睫毛和眉毛保护眼睛免受可能伤害眼睛的颗粒物的伤害。

眼泪是在空气中产生的泪腺,位于每只眼睛的外部部分的上方。眼泪最终流入内眼角,进入泪囊,然后通过鼻导管进入鼻子。这就是为什么你哭的时候会流鼻涕。

巩膜上有六块肌肉控制眼睛的运动。如图所示:

主要肌肉和功能:

  • 内直肌:使眼睛向鼻子移动
  • 外直肌:将眼睛从鼻子移开
  • 上直肌:抬起眼睛
  • 下直肌:下眼
  • 上斜视眼
  • 下斜肌旋转眼球

在下一节中,您将学习眼睛如何感知光线。

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感知光

光线进入眼睛时,首先经过角膜,然后是房水、晶状体和玻璃体。最终到达视网膜这是眼睛的感光结构。视网膜包含两种类型的细胞,称为视杆细胞和视锥细胞。在弱光下处理视觉,以及视锥细胞处理色彩视觉和细节。当光线接触到这两种细胞时,就会发生一系列复杂的化学反应。形成的化学物质(激活的视紫红质)在视神经中产生电脉冲。一般来说,棒状体的外节长而薄,而锥状体的外节更像圆锥。下面是杆和锥的例子:

杆或锥体的外段含有感光化学物质。在棒中,这种化学物质被称为视紫红质;在锥细胞中,这些化学物质被称为彩色颜料. 视网膜包含1亿个视杆和700万个视锥。视网膜被称为黑色素的黑色色素所包围黑色素--就像一个相机是黑色的--以减少反射量。视网膜有一个中央区域,称为视网膜黄斑它只含有高浓度的球果。这个区域负责敏锐、详细的视野。

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当光线进入眼睛时,它与光敏化学物质视紫红质(也称为视紫红质)接触视觉紫)视紫红质是一种叫做视紫红质11-cis-retinal--后者来源于维他命A(这就是为什么缺乏维生素a会导致视力问题)。视紫红质暴露在光照下会分解,因为光照会导致视紫红质的11顺视网膜部分发生物理变化,将其变成全经视网膜.第一次反应只需要几万亿分之一秒。11顺式视网膜是一个有角度的分子,而全反式视网膜是一个直的分子。这使得化学物质不稳定。视紫红质分解成几个中间化合物,但最终(以不到一秒的时间)的形式metarhodopsin二世(激活视紫红质)。这种化学物质会产生电脉冲,然后传送到并解释为.这是我们刚才讨论的化学反应的示意图:

活化视紫红质以下列方式引起电脉冲:

  1. 杆状细胞的细胞膜(外层)带有电荷。当光线激活视紫红质时,它会导致环GMP的减少,从而导致电荷增加。这就产生了沿着电池的电流。当更多的光被检测到,更多的视紫红质被激活,更多的电流被产生。
  2. 这种电脉冲最终到达神经节细胞,然后到达视神经。
  3. 神经到达视神经裂口,每个视网膜内半部的神经纤维在那里交叉到大脑的另一侧,但视网膜外半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后部(枕叶).这就是视觉被解读的地方,被称为初级视觉皮层一些视觉纤维进入大脑的其他部分,帮助控制眼球运动、瞳孔和虹膜的反应以及行为。

最终,视紫红质需要重新形成,这样这个过程才能重现。全反式视网膜转化为11顺式视网膜,然后与暗视蛋白重组形成视紫红质,暴露在光照下再次开始这一过程。

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色觉

球果中对颜色敏感的化学物质称为锥色素而且和杆子里的化学物质非常相似。化学物质的视网膜部分是相同的,但视紫光素被视紫光素取代。因此,颜色响应性色素由视网膜和光敏素构成。有三种颜色敏感颜料:

  • 红敏色素
  • Green-sensitive色素
  • 蓝敏颜料

每个锥体细胞都有一种这种色素,所以它对这种颜色很敏感。当红、绿、蓝混合在一起时,人类的眼睛几乎可以感觉到任何颜色的层次。

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在上图中,显示了三种锥体(红色、绿色和蓝色)的波长峰值吸光度其中蓝敏颜料为445纳米,绿敏颜料为535纳米,红敏颜料为570纳米。

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色盲

色盲是指不能区分不同的颜色。最常见的类型是红绿色盲。这种情况发生在8%的男性和0.4%的女性中。当红色或绿色锥体不存在或功能不正常时,会发生这种情况。有这个问题的人并不是完全看不见红色或绿色,而是经常混淆这两种颜色。

这是一个遗传疾病而且对男性的影响更大,因为色觉的能力位于X染色体. (女性有两条X染色体,因此遗传至少一条具有正常色觉的X染色体的概率很高;男性只有一条X染色体可供研究。点击这里有关染色体的更多信息。)。不能看到任何颜色,或只能看到不同深浅的灰色,这是非常罕见的。

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欲了解更多色盲知识,点击这里

维生素A缺乏

当维生素A严重缺乏时,则夜盲症发生。

维生素A是形成的必要条件视网膜,它是视紫红质分子的一部分。当维生素A缺乏导致光敏分子水平较低时,夜间可能没有足够的光线来允许视力。在白天,尽管视网膜高度较低,但仍有足够的光刺激产生视力。

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折射

当光线到达不同材质的成角度表面时,会导致光线弯曲。这称为折射.当光线到达凸透镜时,光线向中心弯曲:

当光线到达凹透镜时,光线从中心弯曲:

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眼睛有多个角度的表面,导致光线弯曲。这些都是:

  • 空气和角膜前部之间的界面
  • 角膜背面和房水之间的界面
  • 房水和晶状体前部之间的界面
  • 晶状体后部与玻璃体之间的界面

当一切正常工作时,光线通过这四个界面到达视网膜,达到完美聚焦。

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正常视力

愿景或视敏度测试方法是在20英尺的距离阅读斯耐伦视力表。通过观察许多人,眼科医生决定一个“正常人”站在20英尺外的视力表应该能看到什么。如果你有20/20的视力,这意味着当你站在离图表20英尺远的地方,你可以看到一个“正常人”所能看到的东西。(公制的标准是6米,叫做6/6视力)。换句话说,如果你的视力是20/20,那么你的视力就是“正常”的——大多数人都能看到你在20英尺外看到的东西。

如果你有20/40的视力,这意味着当你站在离图表20英尺的地方时,你只能看到正常人站在图表40英尺的地方所能看到的东西。也就是说,如果有“正常人”一个人站在距离图表40英尺的地方,而你站在离图表只有20英尺的地方,你和正常人可以看到相同的细节。20/100意味着当你站在图表20英尺的地方,你只能看到100英尺以外的正常人所能看到的东西。20/200是美国法定失明的分界点。

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你也可以拥有比普通人更好的视力。视力为20/10的人可以在20英尺处看到正常人站在距离图表10英尺处所能看到的东西。

鹰、猫头鹰和其他猛禽的视力比人类敏锐得多。鹰的眼睛比人的小得多,但有很多传感器(锥)装在那个空间里。这使得鹰的视力比人类的视力敏锐八倍。鹰可能有20/2的视力!

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错误的折射

通常,您的眼睛可以将图像精确聚焦在视网膜上:

近视眼和远视眼发生在对焦不完美的时候。

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什么时候近视近视眼)在这种情况下,一个人能够很好地看到附近的物体,并且很难看到远处的物体。光线在视网膜前面聚焦。这是由于眼球太长,或者镜头系统的聚焦能力太强造成的。近视是用眼镜矫正的凹透镜. 该透镜使光线在到达眼睛之前略微发散,如图所示:

什么时候远见卓识远视)时,一个人能看清远处的物体,但却看不清近处的物体。光线在视网膜后面聚集。这是由于眼球太短或透镜系统聚焦力太小造成的。这是用凸透镜,如图所示:

看到屈光性视力问题的工作原理矫正镜片的工作原理详情请参阅。

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散光

散光角膜曲率不均匀,导致视力扭曲。要纠正这一点,需要对透镜进行整形以纠正不均匀性。

为什么视力会随着年龄增长而恶化?

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随着年龄的增长,镜头变得越来越亮弹性较小。它失去了改变形状的能力。这称为老花眼当我们试图近距离观察物体时,这一点更为明显,因为睫状体必须收缩以使晶状体变厚。失去弹性可防止透镜变厚。结果,我们失去了聚焦近距离物体的能力。

起初,人们开始把东西拿得更远,以便看清它们。这通常在我们45岁左右时变得明显。最终,镜头无法移动,或多或少地永久聚焦在一个固定的距离(每个人都不一样)。

要纠正这一点,,双光眼镜是必需的。双光眼镜是由一个下焦镜片用于近距离视力(阅读)和一个上焦镜片用于远距离视力的组合。

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深度知觉

眼睛使用三种方法来确定距离:

  • 你视网膜上已知物体的大小-如果你从以前的经验中知道物体的大小,那么你的大脑可以根据视网膜上物体的大小来测量距离。
  • 移动视差-当你从一边到另一边移动你的头时,靠近你的物体会在你的视网膜上快速移动。然而,离你很远的物体移动得很少。这样,你的大脑就可以大致判断某物离你有多远。
  • 立体视觉-每只眼睛在视网膜上接收到一个物体的不同图像,因为每只眼睛相距约2英寸。当物体靠近你的眼睛时尤其如此。当物体离你的眼睛越远,视网膜上的图像就越相同,因此当物体离你越远时,这种方法就越不有用。

失明

法律上的盲目性通常被定义为视力敏锐低于20/200用矫正镜片。现在,您已经了解了眼睛的一些解剖结构及其功能,更容易理解以下情况如何导致失明:

  • 白内障——这是晶状体的混浊,阻碍光线到达视网膜。随着年龄的增长,白内障变得越来越常见,但婴儿也可能生来就患有白内障。当病情恶化时,需要手术摘除晶状体并植入人工晶状体。
  • 青光眼-如果房水没有正确排出,就会在眼内形成压力。这会导致眼睛后部的细胞和神经纤维死亡。这可以通过药物和手术来治疗。
  • 糖尿病性视网膜病变——人糖尿病可能导致血管堵塞、血管渗漏和疤痕,从而导致失明。这可以通过激光手术治疗。
  • 黄斑变性-有些人的黄斑(负责视觉中心的细节)会因为未知的原因随着年龄的增长而恶化。这会导致中央视力的丧失。这有时可以通过激光手术来帮助。
  • 创伤-直接的外伤或化学伤害会对眼睛造成足够的伤害,从而影响视力。
  • 色素性视网膜炎-这是一种遗传性疾病,导致视网膜变性和色素过多。它首先导致夜盲,然后是隧道视力,通常逐渐发展为完全失明。目前还没有已知的治疗方法。
  • 沙眼-这是一种由沙眼衣原体引起的感染。沙眼衣原体是全世界致盲的常见原因,但在美国很少见。它可以用抗生素治疗抗生素

失明还有许多其他原因,如维生素A缺乏、肿瘤、中风、神经系统疾病、其他感染、遗传疾病和毒素。欲了解更多信息,请查看下一页的链接。

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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尔切斯特综合医院的一名急诊医生。Bianco博士在乔治城大学医学院(Georgetown University school of Medicine)就读,并获得了乔治城大学(Georgetown University)的护理和医学预科本科学位。他在俄亥俄州阿克伦市的阿克伦市医院急救医学实习和住院医师。

比安科医生与妻子和两个孩子住在巴尔的摩附近。

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